輪足復合式機器人是高科技產(chǎn)品的典型,是人們設置指定的程序通過中控系統(tǒng)實現(xiàn)機器人橫移、越障或爬坡,跨溝、轉(zhuǎn)彎等多種功能的高科技智能化產(chǎn)品。它可代替人類在某些領域力所不能及的地方實現(xiàn)特定的任務和功能,能在有害環(huán)境下代替人類工作,偵查,排險等,因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。
本文主要進行了輪足復合式機器人的總體結(jié)構(gòu)設計和控制系統(tǒng)設計。輪足復合式機器人的機械結(jié)構(gòu)由直流電機、編碼器和短臂、長臂、輪子等部分組成,可按預定程序運動,實現(xiàn)橫移、越障、爬坡、跨溝、轉(zhuǎn)彎等功能??刂葡到y(tǒng)部分的設計主要是選擇合適的PLC中控系統(tǒng),設計合理的PLC控制流程圖,通過中控系統(tǒng)調(diào)節(jié)各個直流電機的轉(zhuǎn)速來使輪足復合式機器人實現(xiàn)移動,爬坡,拐彎,越障等功能。
關鍵詞:輪足復合式機器人;智能化;控制系統(tǒng);
本次設計的輪足復合式機器人采取的方案是:采用鑄鐵剛度好的鑄鐵機架作為主體,通過車輪電機實現(xiàn)機器人的移動,通過程序控制各個車輪電機的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)機器人的轉(zhuǎn)彎,通過渦輪裝置實現(xiàn)電機的自鎖從而控制機器人的輪足的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)機器人的越障跨溝等等功能,總之,輪足復合式機器人是人們設置指定的程序通過中控系統(tǒng)實現(xiàn)機器人橫移、越障或爬坡,跨溝、轉(zhuǎn)彎等多種功能。
為了使機器人能夠順利地跨越一定寬度的障礙物,應該將輪足的結(jié)構(gòu)設計成可以越障的結(jié)構(gòu)。
考慮到四連桿機構(gòu)的設計較為簡單,在這里我們選擇四連桿機構(gòu)(圖1)作為輪足復合式機器人的越障機構(gòu),最主要的一點就是平行四邊形連桿機構(gòu)更容易控制機構(gòu)的角速度,這對于機器人的整個的控制來說是最大的優(yōu)點。
設計平行四邊形連桿機構(gòu)時,將每一組輪足設計成長臂和短臂連接。并且長臂和短臂在同一平面內(nèi)轉(zhuǎn)動,其平面在車身的側(cè)面,該機構(gòu)具有兩個自由度。由于機構(gòu)具有自鎖的特點,所以當機器人越障時,只需要控制電機的轉(zhuǎn)停和速度既可,而當機器人需要移動時,控制輪足的電機不讓它轉(zhuǎn)動而車輪電機轉(zhuǎn)動就行了。
作為地球上最成功的運動生物,多足昆蟲則以其復雜精妙的肢體結(jié)構(gòu)和簡易靈巧的運動控制策略,輕易地穿越了各種復雜的自然地形,甚至能在光滑的表面上倒立行走。因此,將多足昆蟲的行為學研究成果,融入到輪足復合式機器人的結(jié)構(gòu)設計與控制中,開發(fā)具有卓越移動能力的輪足復合式機器人,對于輪足復合式機器人技術(shù)的研究與應用具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
輪足復合式機器人地形適應能力強,具有冗余肢體,可以在失去若干肢體的情況下繼續(xù)執(zhí)行一定的工作,適合擔當野外偵查、水下搜尋以及太空探測等對自主性、可靠性要求比較高的工作。
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